地鐵車站巖溶處理施工關(guān)鍵技術(shù)研究

王振利

（中鐵十一局集團(tuán)第一工程有限公司，湖北 襄陽(yáng) 441104）

1 工程概況

龍東村站是深圳地鐵16號(hào)線第12座車站，位于深汕公路與愛(ài)南路交叉路口東側(cè)，長(zhǎng)615.4 m。車站結(jié)構(gòu)底板埋深約17.4～22.4 m，大部分位于殘積粉質(zhì)黏土中，局部位于微風(fēng)化灰?guī)r及微風(fēng)化灰?guī)r與第四系粉質(zhì)黏土結(jié)合面處。地下水流速0.21～0.62 m/d，有流動(dòng)性，流向整體上為北東向。可溶巖在龍東村車站范圍內(nèi)普遍分布，基巖埋深差別大，巖面極不平整，可溶巖巖面埋深13.40～37.30 m，整體西北高東南低。車站主體范圍內(nèi)巖溶強(qiáng)發(fā)育，鉆孔見(jiàn)洞率64.3%。

2 試驗(yàn)段溶洞選擇

本站場(chǎng)地內(nèi)巖溶為覆蓋型巖溶，發(fā)育類型主要為溶洞和溶隙；勘探揭露的土/巖分界線起伏較大，局部基巖埋深較大的地段巖面附近分布有軟塑狀的黏性土，為溶槽堆積物，灰?guī)r表面有溶槽較發(fā)育，并被殘積層黏性土充填。

2.1 溶洞處理原則

施工前應(yīng)根據(jù)溶（土）洞分布與處理范圍總平面圖對(duì)待處理的溶洞分布范圍及溶洞形式、尺寸進(jìn)行探明并填充，圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工須在巖溶處理完成后進(jìn)行。

（1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)3 m、底板以下5 m范圍內(nèi)的所有溶洞均處理。

（2）底板以下5～10 m內(nèi)的溶洞，溶洞穩(wěn)定巖面頂板高度小于3 m或覆跨比小于1的溶洞，需進(jìn)行充填處理。

（3）存在圍護(hù)結(jié)構(gòu)底部以下溶洞穩(wěn)定巖面頂板高度小于3 m的無(wú)充填或半充填溶洞也應(yīng)進(jìn)行處理。

（4）在上述處理范圍內(nèi)存在“串珠狀”溶洞時(shí)，當(dāng)洞體之間的完整基巖層厚度小于0.5 m時(shí)，僅處理至下層溶洞。

2.2 試驗(yàn)段溶洞選擇

根據(jù)地勘資料溶洞揭示情況，本次試驗(yàn)段選取5個(gè)溶洞，溶洞編號(hào)分別為R15、R16、R20、R22、R33。選取的5個(gè)溶洞預(yù)估體積1 945.7 m3，估算填碎石/砂量1 556.56 m3；估算注漿量778.28 m3。

2.3 鉆孔布置原則

巖溶處理前，先進(jìn)行溶、土洞平面范圍的試探測(cè)：以揭示到溶、土洞的鉆孔為基準(zhǔn)點(diǎn)，沿垂直方向間隔2.0 m施作一排注漿鉆孔，以基本找到洞體邊界為止；沿水平方向施作一排注漿鉆孔，鉆孔與垂直方向注漿鉆孔成梅花形布置，孔間隔2.0 m，以基本找到洞體邊界為止；從中心向其他方向探孔，以基本找到洞體邊界為止。

2.4 注漿孔位選擇

注漿孔孔位根據(jù)實(shí)際鉆孔處溶洞位置分布及洞深情況，優(yōu)先選擇洞深較深/較大的孔位進(jìn)行注漿，根據(jù)具體注漿情況進(jìn)行補(bǔ)注。

2.5 巖溶處理方法

試驗(yàn)段R15、R16、R20、R22、R33溶洞均為無(wú)填充溶洞，均采用先投料，后靜壓注單液漿的處理方法。鉆孔施工采用跟管機(jī)施工，鉆頭直徑為Φ91 mm，鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高后下Φ50 mm的袖閥管。投料填充前每間隔6～7 m布置一個(gè)直徑200 mm的投料孔，投料孔中的套管直徑不小于Φ150 mm，投料時(shí)可利用兩投料孔相互作為出氣孔或?qū)ｉT設(shè)置出氣孔。投料過(guò)程中，可根據(jù)實(shí)際情況增加投料孔。注漿均采用袖閥管施工工藝[1]。

3 投料、注漿預(yù)估量統(tǒng)計(jì)

根據(jù)鉆孔揭示情況計(jì)算試驗(yàn)段溶洞體積，匯總數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 勘察預(yù)估體積與鉆孔揭示溶洞體積對(duì)比統(tǒng)計(jì)

4 投料數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

施工具體投料+注漿工程量具體數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 巖溶試驗(yàn)段投料注漿工程數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

4.1 填充分析

通過(guò)對(duì)5種材料的投料發(fā)現(xiàn)，采用砂漿及混凝土填充具有較好的效果，現(xiàn)對(duì)R22溶洞投料填充情況進(jìn)行分析。

R17～22投料孔為第1個(gè)投料鉆孔，因投料前排氣孔設(shè)置較遠(yuǎn)，投料過(guò)程中未起到作用，故該投料孔未投料成功。R22～26投料孔揭示溶洞高度1.4 m，投料方量20 m3。R22～31投料孔揭示為串珠狀溶洞，溶洞高度分別為0.3、0.3、0.6 m，投料方量36 m3。無(wú)填充溶洞高度小于3.0 m時(shí)，投料效果較差。

4.2 注漿分析

（1）注漿PQT曲線分析。

①R15溶洞注漿采用間歇式跳孔注漿，其中最后三個(gè)注漿孔R(shí)15-3、R15-5、R15-4注漿PQT曲線可反應(yīng)R15溶洞注漿已滿。

②R15-3注漿過(guò)程壓力起伏較大，最小壓力1.12 MPa，先后5次達(dá)到1.5 MPa壓力值以上，在壓力增加過(guò)程中，注漿量無(wú)明顯變化。在穩(wěn)壓過(guò)程中，壓力突然跌落，可繼續(xù)注漿。第5次壓力超過(guò)1.5 MPa后，放棄R15-3注漿，跳孔至R15-5進(jìn)行注漿。

③R15-5注漿過(guò)程壓力起伏較大，最小壓力1.05 MPa，先后6次達(dá)到1.5 MPa壓力值以上，在壓力增加過(guò)程中，注漿量無(wú)明顯變化。在穩(wěn)壓過(guò)程中，壓力突然跌落，可繼續(xù)注漿。第6次壓力超過(guò)1.5 MPa后，放棄R15-5注漿，跳孔至R15-4進(jìn)行注漿。

④R15-4注漿過(guò)程壓力起伏較大，最小壓力1.09 MPa，過(guò)程中先后5次達(dá)到1.5 MPa壓力值以上，前4次壓力達(dá)1.5 MPa后，繼續(xù)注漿，注漿量無(wú)明顯變化。最大壓力不超過(guò)1.62 MPa，且在穩(wěn)壓過(guò)程中壓力突然跌落，可繼續(xù)注漿。1月18日3：21，壓力達(dá)到1.68 MPa，且不斷增加。R15溶洞鉆孔全部注漿完成，判定R15溶洞注漿完成。

⑤R15-4周邊的注漿孔均已經(jīng)完成了注漿，在R15-4增壓過(guò)程中，周注漿孔（排氣孔）無(wú)返漿現(xiàn)象。

（2）單孔注漿壓力與注漿量的關(guān)系。

①當(dāng)控制單孔注漿壓力小于1.0 MPa不增加時(shí)，溶洞注漿量小于理論注漿量的10%，無(wú)法對(duì)溶洞實(shí)現(xiàn)有效的充填，在相鄰注漿孔注漿時(shí)，仍然無(wú)法起壓。

②當(dāng)注漿速率平穩(wěn)時(shí)，注漿壓力值保持在1.0～1.5 MPa時(shí)，單孔注漿壓力的波動(dòng)范圍一般在0.2 MPa之間，能對(duì)溶洞空腔實(shí)現(xiàn)有效充填。

③當(dāng)單孔注漿壓力在1.5～2.0 MPa，且壓力不穩(wěn)定時(shí)，可換相鄰注漿孔注漿后，再進(jìn)行回注。

④當(dāng)溶洞（或大溶洞的局部區(qū)域）的最后1～2個(gè)注漿孔壓力值突增至2.5 MPa時(shí)，溶洞注漿基本完成。

（3）過(guò)程注漿壓力與溶洞充填系數(shù)的關(guān)系。

①R15溶洞注漿孔較多，注漿壓力穩(wěn)定在1.3～1.5 MPa之間，注漿速率穩(wěn)定，當(dāng)最后1個(gè)孔壓力達(dá)1.68 MPa時(shí)，注漿速率降低，溶洞充填系數(shù)1.53。

②R16溶洞注漿孔2個(gè)，第1個(gè)孔注漿壓力在1.0～1.2 MPa之間，第2個(gè)孔注漿壓力在1.2～1.3 MPa之間，注漿速率穩(wěn)定，第2個(gè)孔壓力達(dá)1.57 MPa時(shí)，注漿速率降低，最終溶洞充填系數(shù)2.15。

③R20溶洞注漿孔2個(gè)，注漿壓力保持在0.56 MPa時(shí)，注漿速率穩(wěn)定，當(dāng)最后1個(gè)孔壓力達(dá)1.62 MPa時(shí)，注漿速率降低，最終溶洞充填系數(shù)1.33。

④R22溶洞較大，注漿孔較多，各個(gè)注漿孔壓力變化較大，當(dāng)注漿壓力小于1.0 MPa時(shí)，注漿停滯；同一區(qū)域先注的注漿孔壓力保持在1.0～1.3 MPa之間；后注的注漿孔壓力保持在1.2～1.3 MPa之間，過(guò)程中注漿速率穩(wěn)定，當(dāng)壓力超過(guò)1.5 MPa時(shí)，注漿速率降低，最終溶洞填充系數(shù)1.58。

⑤R33溶洞注漿孔2個(gè)，注漿壓力保持0.6 MPa，注漿速率穩(wěn)定，當(dāng)注漿壓力到達(dá)1.3 MPa時(shí)，注漿速率降低，最終溶洞充填系數(shù)1.57。

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，溶洞R15、R16、R22采用水泥單液漿進(jìn)行注漿，當(dāng)注漿壓力小于1.0 MPa時(shí)，無(wú)法對(duì)溶洞形成有效充填；當(dāng)注漿壓力（R16溶洞）在1.0～1.3 MPa時(shí)，溶洞充填系數(shù)2.15；當(dāng)注漿壓力（R22溶洞）在1.0～1.3 MPa時(shí)，溶洞充填系數(shù)1.58；當(dāng)注漿壓力（R15溶洞）在1.3～1.5 MPa時(shí)，溶洞充填系數(shù)1.53。溶洞R20、R33采用AB料進(jìn)行注漿，注漿壓力基本保持在0.6 MPa，注漿充填系數(shù)分別為1.33、1.57。

5 結(jié)語(yǔ)

地鐵施工，地下管線眾多，地質(zhì)情況復(fù)雜，安全風(fēng)險(xiǎn)高，施工難度大。快速、高效地進(jìn)行巖溶處理，避免二次處理，既是對(duì)施工安全的保證，也加快工程施工進(jìn)度，對(duì)城市地鐵巖溶處理施工提出建議。

（1）選擇合理的鉆孔方案，在前期探邊孔施工階段，可先行按2倍孔距進(jìn)行施工，待確定溶洞邊界后再進(jìn)行補(bǔ)孔施工，提高溶洞探孔施工效率。

（2）投料孔的選擇要根據(jù)實(shí)際鉆孔已提示的溶洞情況，盡量選擇洞高處進(jìn)行投料孔施工，確保投料效果，投料材料以砂漿及混凝土為佳。

（3）注漿過(guò)程應(yīng)做好記錄并進(jìn)行分析，確定注漿參數(shù)，制定合理的注漿方案，并動(dòng)態(tài)調(diào)整，對(duì)不合格孔要及時(shí)補(bǔ)注，避免對(duì)后期施工帶來(lái)安全隱患及工期影響。